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위성 인터넷

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목차

1. 개요

위성 인터넷은 위성을 이용하여 인터넷 서비스를 제공하는 기술이다. 1962년 텔스타 1호 발사로 상업 통신 위성 시대가 시작되었으며, 이후 Ka 대역의 개방과 고처리량 위성 기술 발전을 통해 위성 인터넷이 발전했다. 현재는 스타링크, 원웹 등 저궤도 위성 네트워크를 이용한 인터넷 접속 개발 경쟁이 치열하게 진행되고 있으며, 기술적 과제로는 높은 지연 시간, 레인 페이드 현상, 가시선 확보 등이 있다. 대한민국에서는 무궁화 위성을 이용한 B2B 위성 인터넷 서비스가 제공되고 있으며, 5G 기술 기반의 위성 인터넷 서비스도 준비 중이다.

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위성 인터넷
위성 인터넷 접속
위성 접시 안테나
위성 접시 안테나
기술 및 작동 원리
작동 방식위성을 통해 인터넷 신호를 송수신하여 인터넷에 접속하는 방식
구성 요소위성
지상국
위성 모뎀
안테나
지연 시간광케이블보다 높은 지연 시간 발생
대역폭일반적으로 유선 인터넷보다 대역폭이 낮음
날씨 영향기상 조건에 따라 서비스 품질이 영향을 받을 수 있음
사용 사례
주요 용도오지
벽지
인터넷 연결이 어려운 지역
선박
항공기
재해 발생 시 통신 수단
일반 사용자속도 및 대역폭 제약으로 인해 스트리밍, 게임 등에는 적합하지 않음
서비스 제공업체
주요 업체비아샛
휴즈넷
스타링크
원웹
가격일반 유선 인터넷보다 가격이 비싼 편
장단점
장점광범위한 지역에서 인터넷 사용 가능
통신 인프라가 열악한 지역에서 유용
단점높은 지연 시간
낮은 대역폭
기상 조건에 따른 서비스 품질 변동
높은 비용
규제 및 정책
정부 규제통신 서비스 관련 정부 규제 적용
역사
초기 위성 인터넷기술적 제약 및 비용 문제로 보급이 제한적이었음
발전 과정기술 발전으로 성능 개선 및 비용 감소
저궤도 위성 인터넷 서비스 등장
미래 전망
기술 발전저궤도 위성 인터넷 기술 발전으로 성능 향상 및 보급 확대 기대
시장 성장글로벌 위성 인터넷 시장 성장 전망

2. 역사

1957년 10월 소련이 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 발사한 후, 미국은 1958년에 익스플로러 1호 인공위성을 성공적으로 발사했다. 최초의 상업용 통신위성은 벨 연구소가 제작하고 1962년 7월 발사된 텔스타 1호였다. 정지궤도 위성의 개념은 1928년 헤르만 포토치니크가 처음 제안했고, 1945년 과학 소설 작가 아서 C. 클라크가 ''무선 월드''에 발표한 논문에서 대중화되었다. 최초로 정지궤도에 성공적으로 진입한 위성은 휴즈 항공이 NASA를 위해 제작하고 1963년 8월 19일에 발사된 싱콤 3호였다. 더 큰 용량과 향상된 성능을 갖춘 후대의 통신위성들은 텔레비전 방송, 군사 응용 프로그램 및 통신 목적으로 사용되었다. 인터넷과 월드 와이드 웹의 발명 이후, 정지궤도 위성은 인터넷 접속을 제공하는 잠재적 수단으로 주목을 받았다.

위성을 통한 인터넷 제공의 중요한 계기는 Ka 대역의 개방이었다. 1993년 12월, 휴즈 항공은 최초의 Ka 대역 위성 스페이스웨이 발사 허가를 미국 연방통신위원회에 신청했다. 1995년, FCC는 더 많은 Ka 대역 위성 응용 프로그램을 요청하여 15개 회사의 신청을 받았다. 그중에는 에코스타, 록히드 마틴, GE-아메리콤, 모토로라 및 KaStar Satellite(후에 와일드블루가 됨)가 있다.

초기 위성 인터넷 분야의 유명한 기업 중 하나는 텔레데식이었으나, 마이크로소프트의 일부 자금 지원을 받았지만 결국 실패했다. 텔레데식의 아이디어는 Ka 대역 주파수에서 수백 개의 저궤도 위성으로 구성된 위성 인터넷 시스템을 구축하여 최대 720 Mbit/s의 다운로드 속도로 저렴한 인터넷 접속을 제공하는 것이었으나, 이 프로젝트는 2003년에 중단되었다.

2004년, 향상된 용량과 대역폭을 제공하는 차세대 위성인 최초의 고처리량 위성인 아닉 F2가 발사되면서 운영을 시작했다. 최근에는 2011년 ViaSat의 ViaSat-1 위성과 2012년 HughesNet의 Jupiter와 같은 고처리량 위성이 더욱 향상되어 다운스트림 데이터 속도가 1Mbit/s~3Mbit/s에서 12Mbit/s~15Mbit/s 이상으로 향상되었다.

2013년, O3b 시스템의 최초 4개 위성이 중궤도에 발사되어 당시 안정적인 인터넷 접속이 없는 "다른 30억 명"에게 인터넷 접속을 제공했다.

2014년 이후, 스페이스X, 원웹 및 아마존은 모두 각각 1,000개 이상의 위성을 발사할 계획이다. 많은 계획된 위성 네트워크는 위성 간 링크에 우주 레이저 통신을 사용하여 우주 기반 인터넷 백본을 효과적으로 구축한다.

2017년 현재, 델타 항공 및 아메리칸 항공과 같은 항공사는 항공기의 제한된 대역폭 문제를 해결하고 승객에게 사용 가능한 인터넷 속도를 제공하는 수단으로 위성 인터넷을 도입하고 있다.

2. 1. 위성 인터넷의 등장

1957년 소련이 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 발사한 후, 미국은 1958년에 익스플로러 1호를 발사하며 우주 경쟁 시대가 시작되었다. 1962년 벨 연구소가 제작한 텔스타 1호는 최초의 상업용 통신위성이었다. 1945년 아서 C. 클라크가 정지궤도 위성 개념을 제안했고, 1963년 싱콤 3호가 최초로 정지궤도에 진입했다.[3]

2. 2. Ka 밴드 기술과 위성 인터넷 발전

1990년대 Ka 대역 주파수 개방은 위성 인터넷 발전에 중요한 계기가 되었다. 1993년 휴즈 항공은 최초의 Ka 대역 위성 스페이스웨이 발사 허가를 미국 연방통신위원회(FCC)에 신청했다.[3] 1995년 FCC는 더 많은 Ka 대역 위성 신청을 허가하며 에코스타, 록히드 마틴, 모토로라 등 15개 회사의 신청을 받았다.

초기 위성 인터넷 분야의 유명한 기업 중 하나인 텔레데식은 마이크로소프트의 지원을 받았지만 90억 달러 이상의 비용이 투입된 후 실패했다. 텔레데식은 Ka 대역에서 수백 개의 저궤도 위성을 통해 저렴한 인터넷 접속을 제공하려 했으나, 2003년에 프로젝트가 중단되었다.[4]

2. 3. 2000년대 이후의 발전

2003년 유텔샛이 소비자용 인터넷 양방향 통신에 대응하는 최초의 인공위성을 발사했다.[4] 2004년에는 향상된 용량과 대역폭을 제공하는 차세대 위성이자 최초의 고처리량 위성인 아닉 F2가 발사되어 운영을 시작했다.[5]

2010년대에는 ViaSat-1, 주피터와 같은 고처리량 위성이 발사되면서 다운스트림 데이터 속도가 1Mbit/s~3Mbit/s에서 12Mbit/s~15Mbit/s 이상으로 향상되었다. 이러한 위성과 연결된 인터넷 접속 서비스는 주로 전화 접속, ADSL 또는 기존 고정 서비스 위성을 통한 인터넷 서비스의 대안으로 시골 지역 주민들을 대상으로 했다.[5]

2013년에는 O3b 시스템의 최초 4개 위성이 중궤도에 발사되어 당시 안정적인 인터넷 접속이 없는 "다른 30억 명"에게 인터넷 접속을 제공했다. 이후 6년 동안 16개의 위성이 추가로 시스템에 합류하여 현재는 SES가 소유 및 운영하고 있다.[6]

2014년 이후, 스페이스X, 원웹 및 아마존 등 많은 회사들이 저궤도의 위성 네트워크를 이용한 인터넷 접속 개발을 발표했다. 이들은 각각 1,000개 이상의 위성을 발사할 계획이다.[7]

2. 4. 저궤도 위성 네트워크 경쟁

2014년 이후, 스페이스X, 원웹, 아마존 등 여러 회사들이 저궤도 위성 네트워크를 이용한 인터넷 접속 개발을 발표했다.[7] 스페이스X는 2019년 상반기에 스타링크 서비스에 10억 달러 이상을 투자했으며,[8] 위성 네트워크를 통해 2025년까지 300억 달러 이상의 수익을 기대하고 있다.[9][10] 2024년 2월 기준, 스타링크는 5,402개의 작동 위성을 궤도에 보유하고 있다.[11]

SES는 차세대 중궤도 위성 시스템인 O3b mPOWER를 발표했다. 2017년 9월에 발표된 이 시스템은 11개의 중궤도 위성으로 구성되어 30,000개의 스폿 빔을 통해 전 세계적으로 10테라비트의 용량을 제공하여 광대역 인터넷 서비스를 제공할 예정이다. 최초의 두 개의 O3b mPOWER 위성은 2022년 12월에 발사되었으며, 나머지 9개는 2023~2024년에 배치될 예정이며, 초기 서비스는 2023년 3분기에 시작될 것으로 예상된다.[12][13]

3. 기술적 구성

위성 인터넷은 크게 세 가지 구성 요소로 이루어진다.


  • 위성: 지구 궤도를 돌며 지상과 신호를 주고받는다. 과거에는 정지궤도 위성을 사용했지만, 최근에는 저궤도 또는 중궤도 위성을 사용하는 경우가 늘고 있다.[36]
  • 게이트웨이 (지구국): 위성 지구국(Gateway Earth Station)은 지상국, 텔레포트 또는 허브라고도 불리며, 위성과 무선(마이크로웨이브)으로 인터넷 데이터를 주고받는다. 안테나 접시 부분만을 지칭하거나, 모든 관련 구성 요소를 포함한 전체 시스템을 의미하기도 한다.
  • 사용자 단말기 (안테나 및 모뎀): 각 가입자에게 인터넷 서비스를 제공하기 위해 소형 안테나와 트랜시버를 사용한다.


이 외에도 사용자 네트워크를 트랜시버에 연결하는 모뎀과 전체 시스템을 모니터링하는 중앙집중식 네트워크 운영 센터(NOC)가 있다. 광대역 게이트웨이와 함께 작동하는 위성은 네트워크 허브 프로세서를 중심으로 하는 성형 네트워크 토폴로지를 운영하여, 허브에 연결 가능한 지상국 수를 무제한으로 확장할 수 있다.

위성 지구국은 최종 사용자가 요청한 정보를 위성으로부터 무선 신호로 수신한다. 이 신호는 위성 지구국 내 모뎀을 통해 IP 패킷으로 변환되어 로컬 네트워크로 전송된다. 액세스 서버/위성 지구국은 인터넷 트래픽을 관리하며, 요청된 정보는 위성을 통해 최종 사용자에게 다시 전송된다. 각 위성 지구국은 해당 빔(들)에 대한 인터넷 백본 연결을 제공하며, 위성 및 지상 연결에 대한 모든 네트워크 서비스를 제공한다. 또한, 각 위성 지구국은 가입자 단말기가 인터넷에 연결할 수 있는 다중 서비스 액세스 네트워크를 제공한다.

고객 측 장비(PC, 라우터 등)가 광대역 위성 네트워크에 접속하려면 다음과 같은 추가 구성 요소가 필요하다.

  • 외부 장치:
  • 반사형 접시 안테나: 보통 지름 60~90cm (2~3피트) 크기이며, 위성과의 직접 시선(L-O-S)을 위해 하늘이 잘 보여야 한다.
  • 안테나 설정: 방위각(azimuth), 고각(elevation), 편파(polarization), 스큐(skew) 설정을 통해 위성과 직접 시선(L-O-S)을 확보한다.
  • 송수신 구성 요소:
  • 피드(Feed): VSAT 수신 및 송신 체인의 일부이다.
  • 피드 혼(feed horn): 깔때기 모양으로, 접시 반사체 표면에 위성 마이크로파 신호를 집중시킨다.

  • 위성 모뎀: 옥외 장치와 고객 제공 장비 간 인터페이스 역할을 하며, 위성 송수신을 제어한다. 입력 비트스트림을 무선 전파로 변환(변조)하거나, 수신 전송을 복조한다.
  • 연결:
  • 동축 케이블(COAX) 연결: 위성 안테나와 연결되며, 케이블 길이는 150피트를 넘지 않아야 한다.
  • 이더넷 연결: 컴퓨터와 연결되어 데이터 패킷을 주고받는다.


소비자용 위성 모뎀은 DOCSIS 또는 WiMAX 통신 표준을 사용한다.[15]

3. 1. 구성 요소

위성 인터넷은 일반적으로 다음 세 가지 주요 구성 요소에 의존한다.

  • 위성: 지구 궤도를 돌며 지상과 신호를 주고받는다. 과거에는 정지궤도 위성을 사용했지만, 현재는 저궤도 또는 중궤도 위성을 사용하는 경우가 증가하고 있다.[36]
  • 게이트웨이 (지구국): 위성과 무선(마이크로웨이브)을 통해 인터넷 데이터를 주고받는 지상국이다. 위성 지구국(Gateway Earth Station)은 지상국, 텔레포트 또는 허브라고도 불리며, 안테나 접시 부분만을 지칭하거나 모든 관련 구성 요소를 포함한 전체 시스템을 의미하기도 한다.
  • 사용자 단말기 (안테나 및 모뎀): 소형 안테나와 트랜시버를 사용하여 각 가입자에게 인터넷 서비스를 제공한다.


이 외에도 사용자 네트워크를 트랜시버에 연결하는 모뎀과 전체 시스템을 모니터링하는 중앙집중식 네트워크 운영 센터(NOC)가 위성 인터넷 시스템의 구성 요소이다. 광대역 게이트웨이와 함께 작동하는 위성은 네트워크 허브 프로세서를 중심으로 하는 성형 네트워크 토폴로지를 운영하여, 허브에 연결 가능한 지상국 수를 무제한으로 확장할 수 있다.

위성 지구국은 최종 사용자 사이트에서 발생한 요청을 전달하는, 복귀 또는 상향 링크 페이로드의 마지막 단계에서 위성으로부터 무선 신호를 수신한다. 위성 지구국 위치의 위성 모뎀은 실외 안테나에서 들어오는 신호를 IP 패킷으로 복조하고 패킷을 로컬 네트워크로 보낸다. 액세스 서버/위성 지구국은 인터넷으로/에서 전송되는 트래픽을 관리한다. 위성 지구국의 서버에서 초기 요청이 처리되고 인터넷으로 보내지고 반환되면 요청된 정보는 위성을 통해 하향 링크 페이로드로 최종 사용자에게 다시 전송되며, 위성은 가입자 단말기로 신호를 보낸다. 각 위성 지구국은 해당 위성 지구국 빔(들)에 대한 인터넷 백본 연결을 제공한다.

위성 지상 시스템을 구성하는 위성 지구국 시스템은 위성 및 해당 지상 연결에 대한 모든 네트워크 서비스를 제공한다. 각 위성 지구국은 가입자 단말기가 인터넷에 연결할 수 있는 다중 서비스 액세스 네트워크를 제공한다.

고객 측 장비(PC, 라우터 등)가 광대역 위성 네트워크에 접속하려면 다음과 같은 추가적인 물리적 구성 요소가 필요하다.

  • 외부 장치:
  • 반사형 접시 안테나: 일반적으로 지름 60~90cm (2~3피트) 크기이다. VSAT 안테나는 위성과의 직접 시선(L-O-S) 확보를 위해 하늘이 잘 보여야 한다.
  • 안테나 설정: 방위각(azimuth), 고각(elevation), 편파(polarization), 스큐(skew)의 네 가지 물리적 특성 설정을 통해 외부 장치는 선택한 위성과 직접 시선(L-O-S)을 확보하고 데이터 전송을 가능하게 한다.
  • 송수신 구성 요소:
  • 피드(Feed): VSAT 수신 및 송신 체인의 일부로, 여러 구성 요소로 구성된다.
  • 피드 혼(feed horn): 깔때기 모양으로, 접시 반사체 표면 전체에 위성 마이크로파 신호를 집중시킨다. 접시 표면에서 반사된 신호를 수신하고 외부 신호를 위성으로 송신한다.

  • 위성 모뎀: 옥외 장치와 고객 제공 장비 간 인터페이스 역할을 하며, 위성 송수신을 제어한다. 송신 장치에서 입력 비트스트림을 수신하여 무선 전파로 변환(변조)하고, 수신 전송의 경우 그 순서를 반대로(복조) 한다.
  • 연결:
  • 동축 케이블(COAX) 연결: 위성 안테나와 연결되며, 케이블 길이는 150피트를 넘지 않아야 한다.
  • 이더넷 연결: 컴퓨터와 연결되어 고객의 데이터 패킷을 인터넷 콘텐츠 서버와 주고받는다.


소비자용 위성 모뎀은 일반적으로 할당된 게이트웨이와 통신하기 위해 DOCSIS 또는 WiMAX 통신 표준을 사용한다.

3. 2. 위성의 역할

위성 인터넷은 일반적으로 세 가지 주요 구성 요소에 의존한다. 위성, 위성과 무선(마이크로웨이브)을 통해 인터넷 데이터를 주고받는 게이트웨이 역할을 하는 여러 지상국, 그리고 소형 안테나와 트랜시버를 사용하여 각 가입자에게 서비스를 제공하는 추가 지상국이다.

위성 인터넷 작동 방식


전통적으로 벤트 파이프 아키텍처가 네트워크에 사용되어 왔는데, 이는 위성이 우주에서 다리 역할을 하여 지상의 두 통신 지점을 연결하는 방식이다. "벤트 파이프"라는 용어는 위성이 굽힘 지점에 위치한 송신 및 수신 안테나 사이의 데이터 경로 모양을 설명하는 데 사용된다.[22] 이 네트워크 구성에서 위성의 역할은 최종 사용자의 단말기에서 ISP의 게이트웨이로 신호를 중계하고, 위성에서 신호를 처리하지 않고 다시 돌려주는 것이다. 위성은 특정 무선 주파수에서 반송파를 수신, 증폭 및 리디렉션하여 트랜스폰더라고 하는 신호 경로를 통해 전송한다.[22]

스타링크와 같은 저궤도 위성 (LEO)의 일부 위성 네트워크는 고처리량 광학 위성 간 링크를 위해 레이저 통신 장비를 사용한다. 상호 연결된 위성을 통해 위성 간에 사용자 데이터를 직접 라우팅할 수 있으며, 효과적으로 우주 기반 광 메시 네트워크를 생성하여 원활한 네트워크 관리 및 서비스 연속성을 가능하게 한다.[23]

위성의 스팟빔 기술을 이용하면 위성은 할당된 대역폭을 여러 번 재사용할 수 있으므로 기존 광대역 위성보다 훨씬 높은 전체 용량을 달성할 수 있다. 스팟 빔은 또한 정의된 집중 영역에 더 많은 전력과 향상된 수신 감도를 집중시킴으로써 성능과 결과적으로 용량을 향상시킬 수 있다.

3. 3. 게이트웨이의 역할

간단히 말해, 위성 지구국은 최종 사용자 사이트에서 발생한 요청을 전달하는 상향 링크 페이로드의 마지막 단계에서 위성으로부터 무선 신호를 수신한다. 위성 지구국 위치의 위성 모뎀은 실외 안테나에서 들어오는 신호를 IP 패킷으로 복조하고 패킷을 로컬 네트워크로 보낸다. 액세스 서버/위성 지구국은 인터넷으로/에서 전송되는 트래픽을 관리한다. 위성 지구국의 서버에서 초기 요청이 처리되고 인터넷으로 보내지고 반환되면 요청된 정보는 위성을 통해 하향 링크 페이로드로 최종 사용자에게 다시 전송되며, 위성은 가입자 단말기로 신호를 보낸다.[16] 각 위성 지구국은 해당 위성 지구국 빔(들)에 대한 인터넷 백본 연결을 제공한다.

3. 4. 사용자 단말기의 구성

위성 인터넷 사용자 단말기는 옥외 장치(ODU)와 실내 장치(IDU)로 구성된다.
옥외 장치 (ODU)일반적으로 다음과 같은 구성 요소로 이루어진다.
실내 장치 (IDU)모뎀은 옥외 장치와 사용자 장비(PC, 라우터 등) 사이의 인터페이스 역할을 하며, 위성 송수신을 제어한다. 송신 장치(컴퓨터, 라우터 등)에서 입력 비트스트림을 수신하여 무선 전파로 변환(변조)하고, 수신 전송의 경우 그 순서를 반대로(복조) 한다.

모뎀은 두가지 연결을 제공한다.

  • 위성 안테나 연결: 동축 케이블을 사용하며, 모뎀과 안테나 사이의 케이블 길이는 일반적으로 150피트를 넘지 않도록 제한된다.
  • 컴퓨터 연결: 이더넷 연결을 통해 고객의 데이터 패킷을 인터넷 콘텐츠 서버와 주고받는다.


소비자용 위성 모뎀은 일반적으로 할당된 게이트웨이와 통신하기 위해 DOCSIS 또는 WiMAX 통신 표준을 사용한다.[15]

양방향 신호를 위한 동축 연결과 연결을 위한 이더넷 포트가 있는 위성 모뎀의 뒷면


SES Broadband에서 사용되는 양방향 "iLNB"

4. 기술적 과제 및 한계

위성 인터넷은 지구 궤도를 도는 위성을 통해 인터넷에 접속하는 방식이지만, 몇 가지 기술적인 과제와 한계가 존재한다.

위성 인터넷 시스템은 일반적으로 위성, 게이트웨이(지상국), 사용자 단말기(안테나 및 모뎀) 등으로 구성된다.[36] 최근에는 저궤도(LEO) 및 중궤도(MEO) 위성을 활용하는 경우가 늘고 있다.[36]

새로운 광대역 위성 네트워크는 적도 상공 35,786km에 위치한 고출력 정지 궤도 위성(GEO)을 중심으로 구축되고 있으며, Ka 대역(18.3~30 GHz) 모드로 작동한다.[20] 이 위성들은 스팟 빔 기술을 사용하여 기존 위성보다 훨씬 높은 용량을 제공한다.[21] 스팟 빔은 정의된 영역에 더 많은 전력과 향상된 수신 감도를 집중시켜 성능을 향상시킨다. 그러나 스팟 빔의 좁은 영역에서 벗어나면 성능이 크게 저하될 수 있다.

스타링크와 같은 일부 저궤도 위성 (LEO) 네트워크는 고처리량 광학 위성 간 링크를 위해 레이저 통신 장비를 사용한다.[23]

통신 위성의 주요 구성 요소는 페이로드(안테나 및 트랜스폰더)와 버스(위성 제어, 전력 공급, 온도 조절 등)이다.[22]

일반 가정에서 위성 인터넷을 사용하려면 안테나, 블록 업컨버터(BUC), 저잡음 블록 다운컨버터(LNB), 모뎀 등의 장비가 필요하다. 안테나는 위성과의 직접 시선(L-O-S)을 확보하기 위해 방위각, 고각, 편파, 스큐를 정확하게 설정해야 한다.

4. 1. 신호 지연 (Latency)

위성 인터넷은 신호가 지구와 위성 사이를 왕복해야 하므로 지연 시간(Latency)이 발생한다. 이는 데이터 요청과 응답 사이의 시간 지연을 의미한다.
정지 궤도 위성

  • 지구에서 약 35,786km 떨어진 정지 궤도에 위치한 위성은 신호 왕복에 약 250밀리초(ms)가 걸린다.
  • 실제 인터넷 사용 환경에서는 여러 요인으로 인해 단방향 지연 시간이 500~700ms, 왕복 지연 시간(RTT)은 1,000~1,400ms까지 늘어날 수 있다.
  • 이는 일반적인 유선 인터넷(15~40ms)보다 훨씬 긴 시간이다.
  • 정지 궤도 위성의 지연 시간은 물리적인 거리 때문에 줄일 수 없지만, TCP 가속 등의 기술을 사용하여 체감 성능을 개선할 수 있다.
  • TCP 가속은 송신자와 수신자 간의 피드백 루프를 분할하여 패킷당 왕복 시간을 단축하는 기술이다.

저궤도 및 중궤도 위성

  • 지구와 더 가까운 저궤도(LEO) 및 중궤도(MEO) 위성은 지연 시간이 훨씬 짧다.
  • 글로벌스타(Globalstar) 및 이리듐(Iridium)과 같은 LEO 위성 네트워크는 왕복 지연 시간이 40ms 미만이지만, 채널당 64kbit/s로 대역폭이 제한적이다.
  • O3b 네트워크는 8,062km 궤도에서 약 125ms의 RTT 지연 시간을 가지며, 1Gbit/s 이상의 높은 처리량을 제공한다.
  • 스타링크(Starlink) 위성은 고도 550km에서 궤도를 돌며 평균 RTT 지연 시간은 45ms이다.[34] 2022년 연구에 따르면 스타링크 네트워크의 지연 시간은 지상 네트워크의 지연 시간보다 1.8ms에서 22.8ms 더 길다.[35]
  • LEO 및 MEO 위성은 하늘에서 고정된 위치에 있지 않고, 더 작은 영역만 커버하므로 지속적인 서비스를 위해 많은 위성과 복잡한 네트워크 관리가 필요하다.[36][37]
  • MEO 위성은 지상국에서 동일한 신호 강도를 얻으려면 LEO보다 더 높은 전력 전송이 필요하지만, 더 높은 고도는 궤도 과밀을 줄이고, 더 느린 궤도 속도는 도플러 이동과 필요한 네트워크의 크기 및 복잡성을 모두 줄인다.[38][39]

지연 시간 완화 기술

  • TCP 가속: 송신자와 수신자 간의 피드백 루프를 분할하여 패킷당 왕복 시간(RTT)을 단축한다.
  • HTTP 사전 로딩: 웹 페이지 로딩 속도를 높이기 위해 사용자가 클릭할 가능성이 있는 링크를 미리 가져온다.

참고:

  • SSL과 같은 안전한 인터넷 연결은 데이터 교환 과정에서 여러 번의 왕복이 필요하여 지연 시간의 영향을 크게 받는다.
  • 가상 사설망과 같이 원격 컴퓨터에 대한 실시간 대화형 액세스는 높은 지연 시간의 영향을 받을 수 있다.
  • 우주 통신 프로토콜 사양(SCPS) 표준은 NASA가 개발하고 시장의 상업 및 군사 장비 및 소프트웨어 제공업체에서 널리 채택한 지연 시간 완화 기술이다.

4. 2. 레인 페이드 (Rain Fade)

위성 통신은 최종 사용자 또는 지상국과 사용 중인 위성 간 신호 경로의 수분 및 다양한 형태의 강수(비나 눈 등)의 영향을 받는다. 이러한 신호 간섭은 '레인 페이드'(rain fade)로 알려져 있다.[43] 이 효과는 저주파 'L' 대역과 'C' 대역에서는 덜 두드러지지만, 고주파 'Ku' 대역과 'Ka' 대역에서는 매우 심각해질 수 있다. 폭우가 잦은 열대 지역의 위성 인터넷 서비스의 경우, 원형 편파 위성을 사용하는 C 대역(4/6 GHz)이 널리 사용된다.[43] Ka 대역(19/29 GHz)의 위성 통신은 강수 시 '우수 여유(rain margins)', '적응형 업링크 전력 제어(adaptive uplink power control)', '감소된 비트 전송률(reduced bit rates)'과 같은 특수 기술을 사용할 수 있다.[43]

'우수 여유'는 수분과 강수로 인한 신호 저하를 고려하기 위해 필요한 추가적인 통신 링크 요구 사항이며, 10 GHz 이상의 주파수로 작동하는 모든 시스템에서 매우 중요하다.[44]

서비스가 중단되는 시간은 위성 통신 안테나의 크기를 늘려 다운링크에서 더 많은 위성 신호를 수집하고 업링크에서 더 강한 신호를 제공함으로써 줄일 수 있다. 다시 말해, 더 큰 포물면 반사경을 사용하여 안테나 이득을 높이는 것은 전체 채널 이득을 높이고 결과적으로 신호대잡음비(S/N)를 높이는 한 가지 방법이며, 이를 통해 S/N 비가 성공적인 통신을 위한 최소 임계값 아래로 떨어지지 않고도 우수 페이딩으로 인한 더 큰 신호 손실을 허용한다.

최신 소비자급 안테나는 상당히 작은 경향이 있어 우수 여유가 감소하거나 필요한 위성 다운링크 전력과 비용이 증가한다. 그러나 소비자 안테나 크기를 늘려 위성 비용을 줄이는 것보다 더 비싼 위성과 더 작고 저렴한 소비자 안테나를 만드는 것이 종종 더 경제적이다.

3.7m~13m 직경의 대형 상업용 안테나는 우수 여유를 높이고 더 효율적인 변조 코드를 허용하여 비트당 비용을 줄이는 데 사용할 수 있다. 또는 더 큰 구경 안테나는 허용 가능한 성능을 달성하기 위해 위성으로부터 더 적은 전력을 필요로 할 수 있다. 위성은 일반적으로 광전지 태양 전력을 사용하므로 에너지 자체에는 비용이 들지 않지만, 더 강력한 위성은 더 크고 더 강력한 태양 전지판과 전자 장치(종종 더 큰 송신 안테나 포함)가 필요하다. 더 큰 위성 구성 요소는 재료 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 위성의 무게를 증가시키며, 일반적으로 위성을 궤도에 발사하는 비용은 위성의 무게에 정비례한다. (또한, 위성 발사체(로켓)에는 특정 탑재량 크기 제한이 있으므로 위성의 일부(예: 태양 전지판 및 고이득 안테나)를 더 크게 만들려면 더 복잡한 접이식 메커니즘이 필요하거나 더 큰 탑재량을 처리할 수 있는 더 비싼 발사체로 업그레이드해야 한다.)

적응형 부호화 및 변조(ACM)라는 프로세스를 사용하여 변조된 반송파는 우수 문제나 기타 링크 장애에 대한 응답으로 동적으로 변경될 수 있다. ACM은 일반적인 청명한 하늘 조건에서 비트 전송률을 상당히 높여 전송되는 Hz당 비트 수를 늘리고 따라서 비트당 전체 비용을 줄일 수 있다. 적응형 부호화에는 위성 또는 지상과 같은 모든 사용 가능한 수단을 통해 반환 또는 피드백 채널이 필요하다.

4. 3. 가시선 (Line of Sight)

위성 인터넷 시스템이 최적으로 작동하려면 일반적으로 위성 안테나와 위성 사이에 장애물이 없는 깨끗한 가시선(Line of Sight, L-O-S)이 확보되어야 한다.[79] 신호는 수분에 의한 흡수 및 산란에 취약하며, 신호 경로에 있는 나무와 다른 식물의 존재에도 영향을 받는다.[79] 무선 주파수가 900MHz 이하로 감소하면 식물을 통과하는 투과율이 증가하지만, 대부분의 위성 통신은 2GHz 이상에서 작동하므로 나뭇잎과 같은 작은 장애물에도 민감하다.[79] 따라서 겨울철에 위성 안테나를 설치할 때는 봄과 여름에 나타날 식물의 잎 성장을 고려해야 한다.[79]

두 물체가 시야 내에 있다는 것은 두 물체 사이의 직선을 산과 같은 어떤 장애물 없이 연결할 수 있다는 것을 의미한다. 지평선 너머의 물체는 시야 아래에 있으므로 통신이 어려울 수 있다.

송신 안테나와 수신 안테나 사이에 직접적인 시선이 확보되어 있더라도, 신호 경로 근처의 물체에 의한 반사는 위상 상쇄를 통해 실제 신호 세기를 감소시킬 수 있다. 반사로 인해 얼마나 많은 신호가 손실되는지는 안테나의 프레넬 영역에서 물체의 위치에 따라 결정된다.

프레넬 영역. D는 송신기와 수신기 사이의 거리이고, r은 프레넬 영역의 반지름입니다.

4. 4. 프레넬 영역 (Fresnel Zone)



두 물체가 시야 내에 있다는 것은 두 물체 사이의 직선을 산과 같은 어떤 장애물 없이 연결할 수 있다는 것을 의미한다. 지평선 너머의 물체는 시야 아래에 있으므로 통신이 어려울 수 있다.

일반적으로 시스템이 최적으로 작동하려면 접시 안테나와 위성 사이에 완전히 깨끗한 시야가 필요하다. 신호는 수분에 의한 흡수와 산란에 취약할 뿐만 아니라, 신호 경로에 있는 나무와 다른 식물의 존재에도 영향을 받는다. 무선 주파수가 900MHz 이하로 감소하면 식물을 통과하는 투과율이 증가하지만, 대부분의 위성 통신은 2GHz 이상에서 작동하므로 나무 잎과 같은 작은 장애물에도 민감하다. 겨울철 접시 안테나 설치 시 봄과 여름에 나타날 식물의 잎 성장을 고려해야 한다.[22]

송신 안테나와 수신 안테나 사이에 직접적인 시선이 확보되어 있더라도, 신호 경로 근처의 물체에 의한 반사는 위상 상쇄를 통해 실제 신호 세기를 감소시킬 수 있다. 반사로 인해 얼마나 많은 신호가 손실되는지는 안테나의 프레넬 영역에서 물체의 위치에 따라 결정된다.[22]

5. 대한민국 현황 및 정책

대한민국에서는 무궁화 위성을 통해 인터넷 통신을 할 수 있다. 위성 안테나와 수신 카드를 이용하여 무궁화 위성으로부터 신호를 받고, 전화선을 이용한 지상망으로 인터넷 서비스 제공자를 거쳐 지구국의 위성 통신 장치를 통해 무궁화 위성으로 신호를 보낸다.[1] 현재 국내 격오지 농가 등을 대상으로 하는 무궁화 위성 기반 B2C 서비스는 중단되었지만, 이동통신 기지국 연결, 선박 통신 등 민간 사업체를 대상으로 하는 B2B 서비스는 계속되고 있다.[1] 5G 기술 기반 위성 인터넷 서비스도 가까운 시일 내에 시작될 예정이다.[1]

더불어민주당은 정보 격차 해소를 위해 위성 인터넷 기술 개발과 보급을 적극 지원하고, 통신 취약 지역 주민들의 통신 접근성 향상을 위한 정책을 추진한다. 또한 위성 인터넷 관련 산업 육성을 통해 일자리 창출과 경제 성장을 도모하고, 공공 와이파이 사업과 연계하여 위성 인터넷을 활용하는 방안을 모색한다.

5. 1. 대한민국 현황

대한민국은 무궁화 위성을 사용하여 인터넷에 연결해 통신할 수 있다. 무궁화 위성에서 위성 수신 카드와 같은 위성 안테나를 이용하여 수신하고, 상향은 전화선을 이용한 지상망으로 인터넷 서비스 제공자를 거쳐 지구국의 위성 통신 장치를 통해 무궁화 위성으로 송신한다. 현재 인터넷 연결이 취약한 국내 격오지 농가 등을 대상으로 하는 무궁화 위성 기반의 토종 위성 인터넷 접속 B2C 서비스 제공은 완전히 중단되었다. 하지만 이동통신 기지국 연결, 선박 통신 등 다수의 통신망 가입자들을 보유한 민간 부분의 사업체들을 대상으로는 B2B 서비스를 지속하고 있다. 국내에서는 가까운 미래에 서비스 시작을 목표로 5G 기술 기반의 위성 인터넷 서비스가 준비 중이다.

5. 2. 정책 방향 (더불어민주당 관점)

더불어민주당은 정보 격차 해소를 위한 위성 인터넷 기술 개발과 보급을 적극적으로 지원하며, 도서 산간 지역, 농어촌 지역 등 통신 취약 지역 주민들의 통신 접근성 향상을 위한 정책을 추진한다. 또한, 위성 인터넷 관련 산업 육성을 통해 새로운 일자리를 창출하고 경제 성장을 도모하며, 공공 와이파이 사업과 연계하여 위성 인터넷을 활용하는 방안을 모색한다.

6. 관련 기술


  • DVB-S
  • DVB-S2
  • DVB-RCS
  • IPoS
  • QPSK
  • 8PSK
  • GMSK

7. 위성 모뎀 제조사

참조

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